JP3088731B2

JP3088731B2 - フライスカッター

Info

Publication number: JP3088731B2
Application number: JP02128252A
Authority: JP
Inventors: 守賀金丸; 常男立野; 貞司日下
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-05-17
Filing date: 1990-05-17
Publication date: 2000-09-18
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JPH0425312A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、フライスカッターに関し、詳細には、Al₂O
₃基セラミックスからなるスローアウェイチップを有す
るフライスカッターであって、特に高マンガン鋳鋼や難
削性鋳鉄などの如き難削材のフライス加工に使用するフ
ライスカッターに関するものである。

（従来の技術）高マンガン鋳鋼は高強度を有し、更に切削加工中に加
工硬化を生じるため、極めて切削加工がし難い難削材で
ある。球状黒鉛鋳鉄（FCD）は高強度、高靱性を有する
ため切削加工が難しく、オーステンパーダクタイル鋳鉄
（ADI）はさらに加工硬化を生じるため極めて切削加工
が難しい。又、27％Cr鋳鉄は極めて高い硬度を有するた
め切削加工が難しい。

上記の如き難削材の切削加工用の切削工具としては、
高温で高硬度及び高強度を有することが要求される。従
来の切削工具は該要求を充たし得ないが、それらの中で
も超硬工具は比較的高温での硬度及び強度が高いので、
高マンガン鋳鋼などの難削材の切削加工に使用されてい
る。

しかし超硬工具を使用して難削材を切削する場合、極
めて低い切削速度でないと切削できず、そのため切削能
率が極めて低く、切削加工に長時間を要するという問題
点がある。

そこで、かかる問題点を解決すべく、高温で高硬度及
び高強度を有するセラミックスに着目して種々検討が行
われ、最近ではAl₂O₃−TiC系セラミックス又はSi₃N₄系
セラミックス製の切削工具が開発されている。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上記Al₂O₃−TiC系セラミックス製切削工具
は、フライス加工に使用する場合、靱性に欠け、耐欠損
性が悪いという欠点があり、そのため極めて小さい切り
込み量での切削を余儀無くされ、切削能率が極めて低
く、切削加工に長時間を要するという問題点がある。ま
してや高マンガン鋼等の難削材のフライス加工には使用
不可能である。又、Si₃N₄系セラミックス製切削工具
は、切り粉との反応による摩耗が生じ易く、そのため切
削工具寿命が短いという問題点がある。このように従来
の切削工具は、難削材のフライス加工に使用する場合、
十分な切削性能が得られないという問題点を有してい
る。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は従来のものがもつ以上のような問題点を
解消し、高温で高硬度及び高強度を有すると共に、従来
のセラミックス製切削工具に比較して優れた靱性を有
し、耐欠損性および耐摩耗性に優れ、難削材のフライス
加工に好適な切削工具を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明に係るフライス
カッターは次のような構成としている。

即ち、請求項１に記載のフライスカッターは、SiCウ
ィスカを３〜40wt％含むと共に、Si,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,
Ta,Wの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種または２種を0.
5〜40wt％含むAl₂O₃基セラミックスからなるスローアウ
ェイチップを有するフライスカッターであって、前記Si
Cウイスカをスローアウェイチップのすくい面に平行に
配向させてなることを特徴とするフライスカッターであ
る。

請求項２に記載のフライスカッターは前記SiCウイス
カがＯ量:0.3〜1.5wt％である請求項１に記載のフライ
スカッターである。

請求項３に記載のフライスカッターは、前記炭化物、
窒化物、炭窒化物の１種または２種の一部がAl₂O₃結晶
粒内にナノオーダで分散してナノコンポジット構造を呈
する請求項１又は請求項２に記載のフライスカッターで
ある。

請求項４に記載のフライスカッターは、前記Al₂O₃基
セラミックスが、焼結助剤としてのY₂O₃,MgO,ZrO₂,酸化
チタン，酸化クロム，酸化ニッケル，炭化クロムの１種
又は２種以上を0.5〜10.0wt％含有せしめてなる請求項
１、請求項２又は請求項３に記載のフライスカッターで
ある。

（作用）本発明に係るフライスカッターは、以上説明したよう
に、SiCウイスカを３〜40wt％含むと共に、Si,V,Cr,Zr,
Nb,Mo,Hf,Ta,Wの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種また
は２種（以降、炭化物等という）を0.5〜40wt％含むAl₂
O₃基セラミックスからなるスローアウェイチップ（以
降、チップという）を有するようにしている。

このようにAl₂O₃基セラミックスにSiCウイスカを含有
せしめると、元来Al₂O₃基セラミックスが有する特性の
低下を招くことなく、セラミックスのマトリックスが強
化されて高靱性化され、そのため耐欠損性が向上され
る。又、炭化物等を含有せしめると、セラミックスの組
織が微細化すると共に、異常な結晶粒成長も抑制され、
その結果さらに強度を向上し得る。故に、上記チップは
高硬度及び高強度、優れた耐摩耗性および耐欠損性を有
し得る。

ここで、SiCウイスカの含有量を３〜40wt％としてい
るのは、3wt％未満では前記高靱性化の効果が少なく、4
0wt％超では鉄との反応性を有するSiCが相対的に増加し
て耐摩耗性が劣化し、且つSiCウイスカの充分な均一分
散状態が得られず、強度低下を招くようになるからであ
る。尚、SiCウイスカは針状の形状を有するものであ
る。

炭化物等を0.5〜40wt％としているのは、0.5wt％未満
では前記強度向上の硬化が小さくなり、40wt％超では焼
結性の低下により、緻密な焼結体が得られなくなるから
である。

本発明に係るフライスカッターは、更に、前記SiCウ
イスカをスローアウェイチップのすくい面に平行に配向
させるようにしている。即ち、針状のSiCウイスカの軸
方向がすくい面に平行になるように、SiCウイスカをす
くい面内に２次元に配向するようにしている。このよう
にSiCウイスカを配向すると、切削加工時の切削主分力
に対し極めて強い抵抗力を有するようになる。故に、耐
欠損性がさらに優れたものになる。尚、上記の如きウイ
スカの２次元配向は、チップ全体において成されている
必要はなく、少なくとも耐欠損性などの切削性能に直接
影響するすくい面内、即ちすくい面の近傍において成さ
れておればよい。又、２次元配向されるウイスカ同士の
配置関係については、各ウイスカが平行でもよく、直交
していてもよく、放射状になっていてもよく、或いはア
トランダムになっていてもよい。

前記SiCウイスカのＯ量を0.3〜1.5wt％にすると、SiC
ウイスカの充分な均一分散状態が得られ易く、高強度を
確保し易くなるのでよい。即ち、前記Al₂O₃基セラミッ
クスは、通常SiCウイスカを溶媒中に分散してスラリ化
し、Al₂O₃粉末及び炭化物等と混合し、焼結して製造さ
れる。かかるSiCウイスカの溶媒中への分散の際に、SiC
ウイスカ中のＯ量が0.3〜1.5wt％であると、ウイスカが
極めて均一に分散され、その結果SiCウイスカが均一に
分散された焼結体が得られ易くなる。Ｏ量が0.3wt％未
満では上記均一分散効果が小さくなり、1.5wt％超ではS
iO₂とAl₂O₃との反応が生じて強度低下を招くようにな
る。

前記炭化物等の一部がAl₂O₃結晶粒内にナノオーダで
分散してナノコンポジット構造を呈するようにすると、
さらに強度が改善される。これは炭化物等によるナノ複
合強化とSiCウイスカによる繊維強化との組合せによる
作用効果である。

前記Al₂O₃基セラミックスに、焼結助剤としてY₂O₃,Mg
O,ZrO₂,酸化チタン，酸化クロム，酸化ニッケル，炭化
クロムの１種又は２種以上を0.5〜10.0wt％添加するよ
うにすると、焼結性が向上し、焼結組織が微細化及び均
一化され、高強度及び高靱性を確保し易くなる。この効
果は、添加量が0.5wt％未満では極めて小さく、10.0wt
％超では高温強度が低下するようになる。

（実施例）実施例１Ｏ量を0.6wt％に調整したSiCウイスカを、溶媒に添加
し、超音波エネルギを30分間付与し、溶媒中に均一に分
散させ、スラリを得た。該スラリにAl₂O₃粉末及び炭化
物等、或いは更に焼結助剤を添加し、湿式ミルにより20
時間攪拌・混合した後、スプレードライャにより乾燥・
造粒した。得られた混合粉末を、黒鉛型内に詰め込み、
Ar気流中にて1850℃,200Kg/cm²の条件でホットプレスに
より30分間の一軸加圧焼結を行い、焼結体（即ちAl₂O₃
基セラミックス）を得た。このようにすると焼結体中の
ウイスカはホットプレス面に平行に２次元に配向させ得
る。尚、SiCウイスカ及び炭化物等の添加量、焼結助剤
の種類及び添加量を変化させた。これらの添加量を第２
表に示す。

上記焼結体から、ホットプレス面とチップのすくい面
とが平行になるように5.2×13.5×15.5mmのチップを切
り出し、これをチップ研磨機によりSNGN 434 T−４の形
状（ISO規格）に加工した。このチップの正面図を第１
図に、側面図を第２図に示す。これらの図において、
（１）はすくい面、（２）は丸コーナ部、（３）はホー
ニング部、（４）はホーニング巾を示すものである。丸
コーナ部（２）のコーナ半径は1.6mm、ホーニング巾
（４）は0.2mmである。

上記チップをフライスカッターに取り付けて工具と
し、高Mn鋼、FC25,FCD45、ADIや27％Cr鋳鉄を被削材と
して、第１表に示す切削条件でフライス加工試験を行っ
た。これらの切削試験結果を第２表に示す。尚、本実施
例では、全て組織はナノコンポジット構造を呈してい
た。

比較例１実施例１と同様の方法（操作、手順、条件）により、
焼結体を得た。このときのSiCウイスカ、炭化物等及び
焼結助剤の添加量を第３表に示す。尚、SiCウイスカ中
のＯ量に関し、実験No.5及び６は0.1及び2.0wt％であ
り、その他のものは実施例１と同様の0.6wt％である。

上記焼結体から、実施例１と同様の方法により、同様
の寸法のチップを切り出した。但し、実験No.7のもの
は、実施例１の場合と異なり、ホットプレス面とチップ
のすくい面とが直交するように切り出した。

上記チップをフライスカッターに取り付けて工具と
し、実施例１と同様のフライス加工試験を行った。これ
らの切削試験結果を第３表に示す。

比較例２超硬チップ、Al₂O₃系チップ、Al₂O₃−TiC系チップ、S
i₃N₄系チップを用い、実施例１と同様のフライス加工試
験を行った。超硬チップはいづれの試験でもクレータ摩
耗が大きく、５分以内に切削不能となった他、Al₂O₃系
及びAl₂O₃−TiC系チップは試験開始と同時に欠損、Si₃N
₄系チップは大きなコーナー部摩耗を示した後、３分以
内に欠損をおこし、安定した切削は出来なかった。

（発明の効果）本発明に係るフライスカッターは、高温で高硬度及び
高強度を有すると共に、従来のセラミックス製切削工具
に比較して優れた靱性を有するので、耐欠損性および耐
摩耗性に優れ、難削材の切削加工に好適な切削工具であ
る。従って、本発明に係るフライスカッターによれば、
チップ欠損や摩耗を生じることなく、高切込み且つ高速
での難削材のフライス加工が可能となり、切削能率が高
められ、フライス加工時間を短縮し得る他、カッター寿
命を向上し得るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１に係るスローアウェイチップの形状
を示す正面図、第２図は、実施例１に係るスローアウェ
イチップの形状を示す側面図である。（１）……すくい面、（２）……丸コーナ部（３）……ホーニング部、（４）……ホーニング巾

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23C 5/20 B23B 27/14 B23P 15/34 C04B 35/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】SiCウイスカを３〜40wt％含むと共に、Si,
V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの炭化物、窒化物、炭窒化物の
１種または２種を0.5〜40wt％含むAl₂O₃基セラミックス
からなるスローアウェイチップを有するフライスカッタ
ーであって、前記SiCウイスカをスローアウェイチップ
のすくい面に平行に配向させてなることを特徴とするフ
ライスカッター。
【請求項２】前記SiCウイスカがＯ量:0.3〜1.5wt％であ
る請求項１に記載のフライスカッター。
【請求項３】前記炭化物、窒化物、炭窒化物の１種また
は２種の一部がAl₂O₃結晶粒内にナノオーダで分散して
ナノコンポジット構造を呈する請求項１又は請求項２に
記載のフライスカッター。
【請求項４】前記Al₂O₃基セラミックスが、焼結助剤と
してのY₂O₃,MgO,ZrO₂,酸化チタン，酸化クロム，酸化ニ
ッケル，炭化クロムの１種又は２種以上を0.5〜10.0wt
％含有せしめてなる請求項１、請求項２又は請求項３に
記載のフライスカッター。